频谱分析仪的特性
电子测量与仪器第八章频率域测量频谱分析仪
2023/5/16
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•8.1 频率域测量概述
一、频域测量的任务： 两大任务：
１、线性系统频率特性测量： 集总参数、分布参数；准静态系统(低频、高频、
微波)；不同的波段，用不同的仪器： 高频段(30-300MHz)：扫频仪 微波段(300M-300GHz)：网络分析仪 (非绝对分法)
相位信息。适用于连续信号和周期信号的频谱测量。 扫频式分析：使分析滤波器的频率响应在频率轴上 扫描。 差频式分析（外差式分析）：利用超外差接收机的 原理，将频率可变的扫频信号与被分析信号进行差 频，再对所得的固定频率信号进行测量分析，由此 依次获得被测信号不同频率成分的幅度信息。这是 模拟式频谱仪最常采用的方法。
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
•二、顺序滤波式频谱仪
也这叫种档方级法滤简波单频易谱行仪，，但由在多频个带通较带宽互或相较衔高接频的段 带 的情通况滤下波需器要和大共量用滤检波波器器，构仪成器。体用积多过个大频；率由固于定通带且 相 窄，邻的分窄辨带力带和通灵滤敏波度器都阵不列是来很区高分。被一测般信用号于的低各频种段频的
• 滤波器响应时间（建立时间） 信号从加到滤波器输入端到获得稳定输出所需的
时间。通常用达到稳幅幅度的90％所需的时间TR来 表述，它与绝对带宽B成反比：TR∝1/B。
宽带滤波器的响应时间短，测量速度快；窄带滤 波器建立时间较长，但频率分辨率更高、信噪比好。 响应时间限制了频谱仪的扫描分析速度，影响实时频 谱分析的实现。
III：150~300MHz，由II倍频得到
电子测量与仪器第八章频率域测量频 谱分析仪
一、外差式频谱仪的组成 主要包括输入通道、混频电路、中频处理 电路、检波和视频滤波等部分。
8563EC使用手册
频谱仪8563EC使用手册一、频谱仪简介Agilent 8563EC 是便携式的彩色显示微波频谱分析仪，提供昂贵的更大台式分析仪才具备的测量能力和特性。
8563EC将8560EC系列RF频谱分析仪的优良特性和功能扩展到微波频率范围。
该分析仪具有 9kHz 至 26.5GHz（预选从2.75 GHz 至 26.5GHz）的标准频率范围，并具有至 30Hz 的可选低端频率覆盖。
8563EC的镜频增强、双平衡谐波混频器的噪声系数性能与基波混频前端相似。
它使用坚固的MIL机箱兼具优异的相噪、灵敏度、1Hz分辨率带宽、合成型调谐和宽动态范围，能适应各种环境条件的要求。
如图所示为Agilent 8563EC 微波频谱分析仪。
图 1 ：Agilent 8563EC 频谱仪频谱分析仪就像示波器一样是用来观察信号的一个基本工具。
其中示波器提供了一个时域的窗口，而频谱分析仪则提供了一个频率的窗口，如图2所示。
图2二、基本操作介绍首先打开仪器：1、按‘LINE’键，打开频谱仪。
2、频谱仪经过半分钟来完成一系列的自我检测和调节程序。
完成后，屏幕上会出现分析仪型号和软硬件结合数据（如，890802 显示为1989年8月2日）。
如果你在任何时候需要了解安捷伦的服务技术或你的分析仪有任何的问题，它将对于了解软硬件数据从而得到更多准确的信息很有帮助。
3、允许分析仪有5分钟的预热时间。
4、在后面将给出参考标准的校准调节程序。
5、完成微量调准程序，从而优化显示区域。
6、通用接口总线地址可能由于细微的操作而被改变。
·频谱仪的工作范围：幅度范围 -148dBm到+30dBm频率范围 9kHz到26.5GHz·基本测量：一个基本测量包括调谐频谱仪使在屏幕上出现一个信号，然后使用‘marker’对其频率和幅度进行测量。
我们可以经过四个简单的步骤完成对一个输入信号的测量。
1、设置中心频率；2、设置频率范围；3、激活‘marker’；4、设置幅度。
频谱分析仪at5010使用方法
频谱分析仪Spectrum Analyzer系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性.频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型;即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time).最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系.影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,ResolutionBandwidth).RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念.(9)中频带宽选择(400kHz、20kHz)：选在20kHz带宽时，噪声电平降低，选择性提高，能分隔开频率更近的谱线。
电子测量与仪器第八章频率域测量频谱分析仪讲义
三、频谱分析的基本原理
频谱分析仪是使用不同方法在频域内对信号 的电压、功率、频率等参数进行测量并显示的仪
器。一般有FFT分析（实时分析）法、非实时分析
法两种实现方法。 FFT分析法：在特定时段中对时域数字信号进 行FFT变换，得到频域信息并获取相对于频率的幅 度、相位信息。可充分利用数字技术和计算机技
Y放大
窄带滤波器
检波器
二、顺序滤波式频谱仪
也叫档级滤波频谱仪，由多个通带互相衔接的 这种方法简单易行，但在频带较宽或较高频段的 带通滤波器和共用检波器构成。用多个频率固定且 情况下需要大量滤波器，仪器体积过大；由于通带窄， 分辨力和灵敏度都不是很高。一般用于低频段的音 相邻的窄带带通滤波器阵列来区分被测信号的各种频 频测试等场合。 率成分，因此得以全面记录被测信号。非实时
另: 扫频信号发生器
8.2.1
滤波式频谱分析技术
滤波式频谱分析仪原理及分类
基本原理：先用带通滤波器选出待分析信号，然
后用检波器将该频率分量变为直流信号，再送到显示 器将直流信号的幅度显示出来。为显示输入信号的各 频率分量，带通滤波器的中心频率是多个或可变的。 • • • • 并行滤波式频谱仪 顺序滤波式频谱仪 扫频滤波式频谱仪 数字滤波式频谱仪
出产生影响，扫速太快会使检波器来不及响应。
视频滤波器
• 视频滤波器用于对显示结果进行平滑或平均，以减
小噪声对信号幅度的影响。
• 基本原理：视频滤波器实质是低通滤波器，它决定了
驱动显示器垂直方向的视频电路带宽。当视频滤波器的 截止频率小于分辨率带宽时，视频系统跟不上中频信号 包络的快速变化，因此使信号的起伏被“平滑”掉。 • 应用：主要应用于噪声测量，特别是在分辨率带宽
频谱分析仪使用简介
图37 剩余调频使信号模糊
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d、相位噪声
相位噪声也称作边带噪声，它是由LO的不稳定 引起的，因为在某种程度上所有振荡器都存在 随机噪声的相位调制，在频域上就表现为信号 附近的边带噪声，这种边带噪声可能掩盖近端 的低电平信号。见图38。
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图38 噪声边带掩盖小信号
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• 分辨率带宽对扫描时间的影响：
概要
三章 频谱仪重要指标
1
第一章 信号分析简介
1.1 信号的分类 1.2 为什么要进行频域测量 1.3 频谱分析仪典型应用
2
1.1 信号的分类：
按表现形式分：连续波信号，模拟调制信号，数字 调制信号，噪声信号。 对信号的分析包括：时域分析，频域分析，调制域 分析。
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c、剩余调频
影响频谱仪分辨率的另一个因素频谱仪的本振频率稳 定度（即LO的剩余调频），这种不稳定度将被转移 到任何混频产物中去，并将无法确定是由LO还是输 入信号引起的。剩余调频是显示的信号模糊不清（图 37），以至于在规定的剩余调频至内的两个信号不能 被分辨；所以，频谱仪的剩余调频决定了可允许的最 小分辨率。锁相本振作为参考源可降低剩余调频，也 降低了最小可允许的分辨带宽，高性能的频谱仪价格 较贵，因为它有较好的相位锁定系统，具有较低的剩 余调频和较小的最小分辨率。
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技术小结
完成频谱分析有：扫频式和FFT两种方式； FFT适合于窄分析带宽，快速测量场合； 扫频方式适合于宽频带分析场合； 单点频CW信号在扫频式频谱仪上测试显示的 结果为中频滤波器形状。
40
第四章 频谱仪的重要指标
4.1 频率范围 4.2 准确度
4.3 分辨力
4.4 灵敏度 4.5 失真 4.6 动态范围
周林频谱仪作用原理
周林频谱仪作用原理周林频谱仪是一种用于频谱分析的仪器，广泛应用于科学研究、工业生产、医疗诊断等领域。
它可以将复杂的信号分解成不同频率的成分，从而实现对信号的分析、处理和诊断。
本文将介绍周林频谱仪的作用原理，包括频谱分析的基本概念、周林频谱仪的结构和工作原理、以及常见的应用场景和技术要点。
一、频谱分析的基本概念频谱分析是一种将信号分解成不同频率的成分，以便更好地理解和处理信号的技术。
在频谱分析中，信号通常被表示为时域和频域两种不同的形式。
时域表示信号的时间序列，而频域表示信号在不同频率下的能量分布。
频谱分析的基本概念包括傅里叶变换、功率谱密度、频谱带宽等。
傅里叶变换是频谱分析的基础，它可以将时域信号转换为频域信号。
傅里叶变换的数学表达式为：F(ω) = ∫f(t) e^-iωt dt其中，F(ω)表示频率为ω的成分的复数振幅，f(t)表示时域信号，e^-iωt表示复指数函数。
傅里叶变换的逆变换可以将频域信号转换为时域信号。
功率谱密度是频谱分析中描述信号能量分布的重要参数。
功率谱密度表示单位频率范围内的信号功率密度，通常用单位为瓦特/赫兹的单位表示。
功率谱密度可以通过傅里叶变换得到，其数学表达式为： S(ω) = |F(ω)|^2其中，S(ω)表示频率为ω的成分的功率谱密度，|F(ω)|表示频率为ω的成分的复数振幅的模长。
频谱带宽是指信号能量分布的频率范围。
在频谱分析中，通常将信号能量分布在频率轴上的区域称为频带。
频谱带宽是指信号能量分布的频率范围，通常用赫兹表示。
二、周林频谱仪的结构和工作原理周林频谱仪是一种基于光学原理的频谱分析仪器，它包括光源、样品室、光谱仪和探测器等部分。
周林频谱仪的工作原理基于样品对光的吸收和散射，通过测量样品对不同波长光的吸收和散射来分析样品的频谱特征。
周林频谱仪的光源通常使用氘灯或氙灯等连续光源，光源的光束经过样品室后被分成两束，一束经过样品后与另一束合并，形成干涉。
干涉产生的光谱信号被分析仪测量并转换为频谱图。
频谱分析仪的使用方法
频谱分析仪的使用方法 13MHz信号。一般情况下，可以用示波器判断13MHz电路信号的存在与否，以及信号的幅度是否正常，然而，却无法利用示波器确定13MHz电路信号的频率是否正常，用频率计可以确定13MHz电路信号的有无，以及信号的频率是否准确，但却无法用频率计判断信号的幅度是否正常。然而，使用频谱分析仪可迎刃而解，因为频谱分析仪既可检查信号的有无，又可判断信号的频率是否准确，还可以判断信号的幅度是否正常。同时它还可以判断信号，特别是VCO信号是否纯净。可见频谱分析仪在手机维修过程中是十分重要的。 另外，数字手机的接收机、发射机电路在待机状态下是间隙工作的，所以在待机状态下，频率计很难测到射频电路中的信号，对于这一点，应用频谱分析仪不难做到。 一、使用前须知 在使用频谱分析仪之前，有必要了解一下分贝(dB)和分贝毫瓦(dBm)的基本概念，下面作一简要介绍。 1．分贝(dB) 分贝是增益的一种电量单位，常用来表示放大器的放大能力、衰减量等，表示的是一个相对量，分贝对功率、电压、电流的定义如下： 分贝数：101g(dB) 分贝数=201g(dB)
~ 分贝数=201g(dB)
例如：A功率比B功率大一倍，那么，101gA／B=10182’3dB，也就是说，A功率比B功率大3dB， 2．分贝毫瓦(dBm) 分贝毫瓦(dBm)是一个表示功率绝对值的单位，计算公式为： 分贝毫瓦=101g(dBm) 例如，如果发射功率为lmw，则按dBm进行折算后应为：101glmw／1mw=0dBm。如果发射功率为40mw，则10g40w／1mw--46dBm。 二、频谱分析仪介绍 生产频谱分析仪的厂家不多。我们通常所知的频谱分析仪有惠普(现在惠普的测试设备分离出来，为安捷伦)、马可尼、惠美以及国产的安泰信。相比之下，惠普的频谱分析仪性能最好，但其价格也相当可观，早期惠美的5010频谱分析仪比较便宜，国产的安泰5010频谱分析仪的功能与惠美的5010差不多，其价格却便宜得多。 下面以国产安泰5010频谱分析仪为例进行介绍。 1．性能特点
音乐信号频谱分析
利用双线性变换设 计IIR滤波器( 巴特 沃斯数字低通滤波 器的设计)"，首先 要设计出满足指标
要求的模拟滤波器 的传递函数Ha(s), 然后由Ha(s)通过双 线性变换可得所要 设计的IIR滤波器的
系统函数H(z)
如果给定的指标为 数字滤波器的指标， 则首先要转换成模 拟滤波器的技术指 标，这里主要是边 界频率Wp和Ws的转 换，对ap和as指标
2.语音信号的采集
但过高的采样频率并不可取，对固定长 度(T)的信号，采集到过大的数据量 (N=T/△t)，给计算机增加不必要的计算 工作量和存储空间
若数据量(N)限定，则采样时间过短，会 导致一些数据信息被排斥在外
采样频率过低，采样点间隔过远，则离 散信号不足以反映原有信号波形特征， 无法使信号复原，造成信号混淆
3.低通滤波器的设计
plot(x2)
subplot(2,1,2)
title('IIR低通滤波器 滤波后的时域波形')
%画出滤波前的时域图 plot(fl) sound(fl, 44100)
title('IIR低通滤波器 滤波前的时域波形')
%画出滤波后的时域图
%播放滤波后的信号
3.低通滤波器的设计
1 散的数字语音信号
采样也称抽样，是信号在时间上的离散化，即按照一定时间间隔△t在模拟信号x(t)上逐点采取其瞬时
2值
采样时必须要注意满足奈奎斯特定理，即采样频率fs必须以高于受测信号的最高频率两倍以上的速度进
3 行取样，才能正确地重建波它是通过采样脉冲和模拟信号相乘来实现的 4 在采样的过程中应注意采样间隔的选择和信号混淆：对模拟信号采样首先要确定采样间隔 5 如何合理选择△t涉及到许多需要考虑的技术因素 6 一般而言，采样频率越高，采样点数就越密，所得离散信号就越逼近于原信号
频谱分析仪的分类
频谱分析仪的分类频谱分析仪是一种常用的电子测试仪器，主要用于测量信号的频谱特性。
它可帮助工程师对电路、通信系统、音频和视频信号进行测试和调试。
频谱分析仪按照使用场景、功能和技术原理等多个方面进行分类。
本文将介绍常见的几种频谱分析仪分类。
按照使用场景分类实时频谱分析仪实时频谱分析仪（RTSA）可在非常短的时间内捕捉宽带的信号，并以高速率提供精细的频谱分析。
这种频谱分析仪可帮助验证无线系统的正确性，检测干扰源和跟踪无线信号。
实时频谱分析仪通常具有非常高的样本率，以及长时间的连续测量。
扫描频谱分析仪扫描频谱分析仪（SSA）是一种经典频谱分析仪，其设计主要是为了展示和分析频谱的性质。
扫描频谱分析仪具有简单的用户界面和操作方法，通过扫描整个频率范围来获得信号频谱分量的幅度和相位信息。
它适用于测量信号的谐波、噪声和杂散分量等。
矢量网络分析仪矢量网络分析仪（VNA）主要是用于测量高频电路中的S参数或Y参数，包括接口的反射和传输特性。
VNA能够测量散射参数并计算出网络的各种特性，如阻抗、VSWR，以及信号的传输损耗和反射损耗等。
按照技术原理分类超外差频谱分析仪超外差频谱分析仪（HSA）利用了构成频带混频器的倍频机理，可以扩大波特率和测量范围。
它具有很高的灵敏度和分辨率，经常用于射频和微波频段的测量。
该技术可以实现频谱观察和多轨道记录。
混频频谱分析仪混频频谱分析仪（PSA）涉及到复杂的运算和调制，但相对于常规输入电路而言，其频率响应曲线更加平坦。
PSA使用小型的混频器在下变频之前将输入信号变成低频信号，该技术相对于其他频谱测量技术而言，可提供更高的精度和分辨率。
FFT频谱分析仪FFT频谱分析仪是一种基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱测量仪。
FFT频谱分析仪可以接受低频到射频范围内的不同信号，并将其转换为频谱分量，以确定信号的幅度和相位。
FFT频谱分析仪具有较高的FFT速度和精度，广泛应用于信号和系统分析、信号源搜索等领域。
HS6288B型噪声频谱分析仪
HS6288B型噪声频谱分析仪一．前言二．主要技术指标三．工作原理框图四．结构特征五．使用方法一．前言HS6288B型噪声频谱分析仪是在我厂主导产品HS6288A型多功能噪声分析仪的基础上创新研制而成，由主机（声级计部分）与打印机两部分组成，具有自动量程、大屏幕液晶显示、1/1频谱分析、时钟设置、自动测量存储等效连续声级、统计声级等特点，配套打印机可自动打印出各种测量结果。
通过RS-232C接口，主机与微机实现通讯，将测量结果输出打印。
该仪器性能符合IEC651、GB3785、GB3241、GB3222等标准对2型声级计的要求。
HS6288B型噪声频谱分析仪操作简单、使用方便、可靠性强、广泛适用于环保、工厂、学校、科研等部门对噪声测量分析的需要。
二．主要技术指标1.传声器：1/2”驻极体测试电容传声器（HS14423）频率：20Hz ~ 12.5kHz灵敏度：25mv/Pa2.测量范围：（以2×10-5 Pa为参考）A声级：35 ~ 130dB线性：40 ~ 130dB3.频率计权：A计权：31.5Hz ~ 8kHz线性：20Hz ~ 12.5kHz4.检波器特性：LMS真有效值峰值因素：35.时间计权特性：F（快）、S（慢）、最大值保持。
6.滤波器特性：1/1倍频程中心频率：31.5Hz、63Hz、125Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz。
7.自动测量功能：Leq、L AE、L10、L50、L90、Lmax、Lmin、SD、Ld、Ln、Ldn、及1/1频谱等。
8.测量时间设定：Man（人工）、10S、1min、5min、10min、15min、20min、1h、8h、24h、Regular（整时）时钟：年、月、日、时、分、秒设定运行9.测量数据自动存储：127组10.接口：RS-232C，外接配套打印机与微机实现测量数据自动打印与频谱直方图打印输出。
11.校准：使用HS6020或ND9声级校准器声级：94dB、频率1kHz12.显示器：54×42大屏幕液晶数显，具有模拟表针，测量方式、测量时间及时钟、1/1中心频率显示功能。
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频谱分析仪的特性
扫频外差式频谱分析仪的主要工作特性有幅频特性、频率特性和扫频特性。
1.幅频特性
(1)量程被分析的信号包含有各种频率分量，而且各频案分量的幅值相差甚远，故要求仪器要有非常宽的量程，一般都在 120dR 以上。
(2)动态范围频谱仪的动态范围上限主要由非线性失真来决定，而动态范围的下限主要由仪器的剩余响应决定。
剩余响应是指没有信号输入时,由于内部或外部的某些干扰,屏幕上仍出现一些不需要的业示。
动作范围一般在60~120dB内。
(3)灵敏度它表征了仪器测量微小信号的能力。
显示幅度为满度时输入信号的电平值称为灵敏度。
仪器的灵敏度越高,动态范围就越大。
2.频率特性
(1)频率范围，能够被分析的输入信号的频率的上，下限之间的频段称为频谱仪的频率范围。
(2)频率分辨率，频谱仪能区分的最小谱线间隔称为频率分排率。
它表征辨别两个很接近的频率分量的能力。
中预放大器和滤波器的带宽都是影响频率分辨率的主要因素。
3.扫频特性
(1)扫频宽度(分析频谱)频谱仪在一次分析中所显示的频率范围称为扫频宽度。
扫频宽度愈宽，愈能观测被测信号的全貌，但其频谱分辨力较低，不宜分析频谱细节。
通常扫频宽度是可调的。
每厘米对应的
扫频宽度称为频宽因数。
用 k11/cm或 MHz/mm 表示。
(2)分析时间和扫频速度，完成一次频谱分析所需的时间称为分析时间,即是本机振荡器频率扫完整个扫频宽度所需的时间。
扫频宽度与分析时间之比称为扫频速度。
扫频速度对灵敏度和频率分辨率是有影响的。
可以证明，扫趣速度快,都率分辨率要不坏，"敏度也要下降，要合理选择扫须速度,以保证有较高的灵敏度和较好的分排率。